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葫芦素煤矿工作面坚硬顶板大面积来压灾害防治技术研究

时间:2021-07-09 16:19
【所属领域】资源与环境
【企业名称】中天合创能源有限责任公司
【企业联系方式】19847303686
【技术成果简介】

1.对21103工作面进行冲击危险性评价及危险区域划分

根据葫芦素煤矿开采设计情况分析得出冲击危险主要影响因素为煤层具有强冲击倾向性、坚硬顶板、断层构造及30宽煤柱,并据此确定葫芦素矿21103工作面冲击危险等级为中等冲击危险,并对21103工作面可能的冲击危险区域进行了划定,为后续冲击地压防治工作的开展提供指导。

2.研究分析得出21103工作面坚硬顶板三次强扰动宽煤柱临空巷道冲击地压致灾机理

(1)葫芦素矿前期采用双巷掘进工艺,导致21103回风顺槽从掘进完成到本工作面回采,共经历了两次回采扰动影响,依据不同载荷源参与扰动的时期不同,细分为三次扰动过程为:①21102首采工作面回采过程中超前支撑压力对21103回风顺槽施加静载荷影响;②21102首采面推过之后,后方采空区悬顶或垮落对侧向21103回风顺槽造成高强承载力或顶板破断动载影响,影响范围工作面后方266m以上;③21103工作面回采期间,超前支撑压力、宽煤柱侧向支承压力及煤柱内联络巷及硐室应力共同作用下强动静载荷影响,影响范围超前工作面-150m~300m。

(2)21103工作面冲击地压发生机理为:在上工作面开采时集中静载为主导的超前支承压力和后方采空区强动载为主导的顶板动压这两次扰动应力作用下,巷道局部围岩已经发生严重损伤导致抗冲击能力显著降低;本工作面开采时,受侧向采空区厚硬顶板悬顶的影响,宽煤柱内积聚了大量压缩弹性能,受移动超前支承压力、硐室及联巷周边集中应力的影响,宽煤柱内静载荷水平进一步升高,在顶板断裂等强动载作用下,瞬间达到煤柱冲击失稳的临界载荷,导致抗冲击能力降低的巷道围岩瞬间破坏,形成冲击地压。

3.建立基于冲击地压动静载荷分源监测体系

(1)采用时间上早期综合评价分析与即使监测预警相结合,空间上微震区域预测与局部应力监测、钻屑点监测相结合,构建可靠性高、简单易行的冲击地压危险性监测技术体系。

(2)通过回采工作面微震活动分布规律,工作面回采扰动范围为超前工作面-150m~300m,该采动范围可以作为生产班常规卸压作业人员超前工作面安全距离确定的依据。

(3)通过回风巷煤层应力监测得出,一般条件下超前支承压力影响范围平均58m,应力峰值超前工作面平均7.7m,应力集中系数2.5~5.4,平均3.6。大变形区域超前支承压力影响范围可达120~150m,应力峰值超前工作面25~50m,应力集中系数2~3,平均2.4.两种条件下超前支承压力影响范围可以作为确定超前支护范围的依据,及超前支护长度不应小于150m。

(4)通过分析微震活动性与工作面推进关系可知,21103工作面日推进度小于5m时,推进度对微震事件能量影响很小,大能量事件发生概率低,日推进6m时,相比5m/d能量可增长1.4倍,日推进7m时,能量可增长2.5倍,日推进8m时,能量可增长7.1倍。21103工作面现阶段开采范围内,推进度宜控制在6.4m/d(8刀/天)以内,保持恒速限速推进。

4.研究确定以顶板“钻-切-压”一体化高效卸压为主要手段的冲击地压动静载荷分源治理技术,针对2-1煤层基本顶坚硬砂岩,试验顶板“钻-切-压”一体化高效卸压技术,21103回风巷现场观测结果表明,顶板高压水射流切缝及压裂后,高压水流扩展半径可达15m,现场应用效果良好。

【产品图片】

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图1 微震时间随工作面推进分布频次图

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图2 21103工作面冲击危险区域精细化划分图

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图3 ARAMIS M/E微震监测系统结构

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